空心管坯电磁连铸技术研究

【摘要】：空心管坯连铸技术被认为是管材生产更深层次的近终形制造技术。如何获得优质空心管坯使其能够满足在铸态下直接轧制的要求，是实现空心管坯连铸连轧，即管材近终形制造技术的关键。电磁加工技术具有无接触、无污染和清洁性等优点。电磁场在连铸领域的成功应用及新的电磁连铸技术的不断涌现，促进了连铸坯质量的不断提高，为以制备优质空心管坯为目的的空心管坯电磁连铸技术的开发提供了契机。 本文以制备优质空心管坯为目的，结合电磁加工技术的应用，研究了空心金属管坯的电磁连铸技术。作者参与了国家自然科学基金-上海宝钢“钢铁联合研究基金”资助的“空心金属管坯电磁连续铸造基础研究”和中国科学院精密铜管研究中心合作进行的“水平连续铸造空心铜管坯电磁改性研究”等项目，并以此为课题完成了博士学位论文。主要研究内容包括： 设计并制作了一套空心金属管坯半连续铸造模拟实验装置，采用低熔点合金在该装置上进行了空心管坯的成形实验研究。探讨了浇注系统、浇注温度、牵引速度等工艺参数以及内结晶器的冷却腔结构和锥度等对空心管坯成形的影响规律。通过优化内结晶器的结构设计、合理调整工艺参数，成功铸造出截面尺寸为Φ60×15mm的空心管坯。 根据空心管坯连铸过程的凝固特点，建立了空心管坯连铸过程温度场数值模拟计算模型，编制了相应的温度场模拟软件。在此基础上进行了工艺参数及内结晶器侧喷水位置对初始段及稳定状态凝固过程影响规律的模拟研究，为工艺参数及内结晶器的优化设计提供依据。 低熔点的Sn-Pb合金空心管坯连铸模拟实验表明，连铸管坯存在表观质量差、缺陷多、凝固组织晶粒粗大且周向分布均匀性差等问题。为了获得高质量的空心管坯，本文提出了在外结晶器外侧施加工频旋转电磁场和中频电磁场来改善铸坯质量的空心管坯电磁连铸新技术，并采用成分相同的低熔点Sn-Pb合金进行了空心管坯电磁连铸实验。结果表明： 1) 管坯连铸过程中，施加工频旋转电磁场，可改善空心管坯的表观质量，减弱或消除管坯的表面缺陷；细化管坯宏观凝固组织，促进柱状晶向等轴晶的转变，显著改善宏观凝固组织的周向均匀性；溶质元素沿空心管坯径向分布的均匀性较未施加工频旋转电磁场时有较大改善。 2) 管坯连铸过程中，在开缝外结晶器外施加中频电磁场，能够显著提高空心管坯的表观质量，消除表面缺陷；可细化空心管坯的宏观凝固组织，但对提高组织周向均匀性作用不大。 为进一步改善中频电磁场作用下空心管坯的质量，提出了HI型热顶技术和冷坩埚技术相结合的空心管坯热顶电磁连铸新技术。采用浸入式浇口浇注，并在连铸过程中施加中频电磁场，不仅空心管坯的表观质量显著改善，凝固组织得到明显细化，凝固组织的周向均匀性也得到显著改善；溶质元素沿管坯径向分布的均匀性显著提高。 低熔点的Sn-Pb合金空心管坯电磁连铸技术的成功开发，为开展以制备优质高熔点合金管坯为目的的空心钢管坯电磁连铸技术研究奠定了基础。 摘要 石亩亩奋右亩亩币奋亩亩亩日亩奋亩 提出在结晶器外施加电磁场来改善铸坯质量的空心铜管坯水平电磁连铸技术，以中 83又21mm空心铜管坯水平连铸成形系统结构为基础，设计制作了工频和中频电磁场作 用下水平连铸空心铜管坯电磁成形系统，在实验室建立了一套中试规模的空心铜管坯水 平电磁连铸设备，并进行了空心铜管坯水平电磁连铸实验，在国内首次成功连铸出多根 水平电磁连铸空心铜管坯。结果表明:施加工频电磁场，可显著细化组织，提高周向组 织均匀性及力学性能;施加中频电磁场，不仅组织细化，力学性能提高，管坯的外表面 质量也得到显著改善。